CN111560216A - 一种应用于门窗的自清洁涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于门窗的自清洁涂层及其制备方法，所述涂层包括以下成分：改性聚氨酯单体分散液、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、偶联剂、流平剂、溶剂、成膜剂、助乳化剂、乳化剂、引发剂；且所述改性聚氨酯单体分散液由聚醚二元醇、含羧基半酯二元醇以及丙烯酸丁酯按照重量比5‑7：1‑2:1，添加至分散机中，以转速为1000‑1500r/min搅拌20‑45min反应得到。综合上制备的涂层应用在铝板中，不仅具有显著的自清洁效果，还能与纳米二氧化锌协同作用，提高涂层的抗污、防腐能力，长期应用自清洁门窗铝板中，不容易发生色变、脱落，避免导致物体表面生锈腐蚀等问题。

Description

一种应用于门窗的自清洁涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及自清洁材料的制备，特别涉及一种应用于门窗的自清洁涂层及其制备方法。
背景技术
自清洁材料的研制主要是通过在基材表面涂覆一层具有自清洁性能和具有一定增透作用的涂层，且此类自清洁涂层中普遍应用二氧化钛，其表面可以利用太阳光和自然降雨来保持自身的洁净，从而能够节省维护的时间、费用以及能源，净化空气，减少环境污染。二氧化钛在光催化、传感器、太阳能电池以及生物材料等高科技领域有着广泛的应用。二氧化钛在光的照射下，具有超亲水、光催化作用(分解有机物)、释放负氧离子等功能，也就是所说的二氧化钛具有自清洁功能。将二氧化钛自清洁功能应用于铝板上可以解决其清洁问题，通过雨水冲刷和定期流水冲洗就可以达到对铝板的自然清洗的效果。但现有技术中，通过二氧化钛应用在涂层的体系中，二氧化钛的相容性差，并不能充分发挥其自清洁的效果，自清洁的效果依然受到很大的限制，难以真正广泛应用。另外涂层体系的耐洗刷性差，时间不长涂层就会发生色变、脱落，导致物体表面生锈腐蚀等问题。并且随着城市的环境污染正在加剧，其中粉尘污染、气体污染尤为严重，会降低应用于门窗的自清洁涂层的综合性能，其应用的过程中也会间接导致基材的寿命降低。
如专利号CN110079184A的专利公开了一种高性能应用于门窗的自清洁涂料及其制备方法，制备得到具有除臭除菌以及防污自净化的功能的涂层，再入专利号为CN102876204A的专利公开了一种自清洁粉末涂料，并制备得到一种自清洁效果达90％以上的涂层，但上述方案中的涂层长期使用后，不能保证其自清洁效果。
综合上，在制备自清洁涂层领域，依然存在亟待解决的上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供应用于门窗的自清洁涂层及其制备方法，以解决现有技术中自清洁涂层在长期应用中，容易发生色变、脱落，导致物体表面生锈腐蚀等问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种应用于门窗的自清洁涂层,包括如下质量百分比的成分：改性聚氨酯单体分散液40-60份、纳米二氧化钛5-25份、纳米氧化锌0.01-1.6份、偶联剂10-25份、流平剂0.1-0.5份、溶剂10-15份、成膜剂0.1-0.8份、助乳化剂0.1-1.2份、乳化剂2-9份、引发剂0.01-0.08份；且所述改性聚氨酯单体分散液由聚醚二元醇、含羧基半酯二元醇以及丙烯酸丁酯按照重量比5-7：1-2:1，添加至分散机中，以转速为1000-1500r/min搅拌20-45min反应得到。
优选地，所述纳米二氧化钛的粒径为10-35nm。
优选地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂。
优选地，所述流平剂选自丁基纤维素、羟甲基纤维素、GLP-588流平剂、BD-3376流平剂、BD-3310流平剂、有机硅流平剂中的一种或几种。
优选地，所述溶剂为无水乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、丁醇、丁酮、丁二醇、丙二醇、乙二醇、异丁醇、乙二醇甲醚、乙二醇***、乙二醇丁醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
优选地，所述成膜剂为乙二醇醚或乙烯基乙二醇丁基醚。
优选地，所述乳化剂为油酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温80、吐温20、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯中的一种或多种。
另外，本发明还提供一种应用于门窗的自清洁涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将纳米氧化锌球磨至粒径为10-35nm后，与纳米二氧化钛充分混合，并添加至溶剂中，搅拌分散40-60min，得到混合物A；
S2、将上述制备的改性聚氨酯单体分散液添加至反应釜中，预热至30-45℃后，在搅拌的条件下，依次加入偶联剂、流平剂、成膜剂、助乳化剂、乳化剂以及引发剂，在搅拌速度为1200-1400r/min，温度为45-95℃的条件下，高速搅拌15-20min，得到混合物B；
S3、将混合物A缓慢添加至所述反应釜中，并在1000-1800r/min的搅拌速度下，与所述混合B充分混合均匀，静置冷却后得到应用于门窗的自清洁涂层。
一种应用于门窗的自清洁涂层应用于自清洁门窗铝板的制备工艺中，且所述自清洁门窗铝板制备工艺为：将上述的应用于门窗的自清洁涂层以1-3m/s的速度喷涂在清洁干净并干燥的铝板表面，在温度为45-85℃的热风条件下烘干，在铝板表面形成涂层，得到自清洁门窗铝板。
采用上述技术方案，具有如下的有益效果：
1.本发明中通过将纳米二氧化钛应用在涂层的制备中，其显著的光触媒超亲水特性，形成良好的表面粗糙度，使得涂层表面符合超疏水模型，增加了涂层表面的疏水性，能够给予涂层产品显著的防污自净化功能，从而大幅降低涂层相关的护理频率和成本，且能与纳米二氧化锌协同作用，提高涂层的抗污、防腐能力。
2.本发明中利用改性聚氨酯单体分散液具有极好的内聚力和和可剥性，能与纳米二氧化钛以及纳米二氧化锌形成分散均匀的体系，并与成膜剂协同作用，增加在铝板上的附着力，进而解决了涂层长期使用后容易脱落的问题。
3.本发明制备的涂层整体的综合性能优异，提高光催化性，可见光效果优异，制备完成的涂层性质稳定，不易团聚，在室内及隧道等应用时能达到自清洁的功能，并且自清洁涂层长期应用自清洁门窗铝板中，不容易发生色变、脱落，导致物体表面生锈腐蚀等问题，具有广泛的应用空间。
附图说明
图1为本发明实施例之一的应用于门窗的自清洁涂层的涂层表面的SEM照片及接触角照片的示意图；
图2为对比例之一的应用于门窗的自清洁涂层的涂层表面的SEM照片及接触角照片的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1：
在本实施例中提供一种应用于门窗的自清洁涂层,包括如下质量百分比的成分：改性聚氨酯单体分散液40份、纳米二氧化钛5份、纳米氧化锌1.6份、偶联剂25份、流平剂0.1份、溶剂10份、成膜剂0.1份、助乳化剂1.2份、乳化剂9份、引发剂0.08份；且所述改性聚氨酯单体分散液由聚醚二元醇、含羧基半酯二元醇以及丙烯酸丁酯按照重量比5：2:1，添加至分散机中，以转速为1500r/min搅拌20min反应得到。
其中，所述纳米二氧化钛的粒径为10nm；所述的偶联剂选自硅烷偶联剂；所述的流平剂选自丁基纤维素；所述的溶剂为无水乙醇；所述成膜剂为乙二醇醚；所述乳化剂为油酸钠；所述助乳化剂为十六烷；所述引发剂为过氧化氢。
另外，本发明还提供一种应用于门窗的自清洁涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将纳米氧化锌球磨至粒径为10nm后，与纳米二氧化钛充分混合，并添加至溶剂中，搅拌分散40min，得到混合物A；
S2、将上述制备的改性聚氨酯单体分散液添加至反应釜中，预热至30℃后，在搅拌的条件下，依次加入偶联剂、流平剂、成膜剂、助乳化剂、乳化剂以及引发剂，在搅拌速度为1200r/min，温度为45℃的条件下，高速搅拌15min，得到混合物B；
S3、将混合物A缓慢添加至所述反应釜中，并在1000r/min的搅拌速度下，与所述混合B充分混合均匀，静置冷却后得到应用于门窗的自清洁涂层。
并将上述制备的应用于门窗的自清洁涂层应用于自清洁门窗铝板的制备工艺中，且所述自清洁门窗铝板制备工艺为：将上述的应用于门窗的自清洁涂层以1m/s的速度喷涂在清洁干净并干燥的铝板表面，在温度为45℃的热风条件下烘干，在铝板表面形成涂层，得到自清洁门窗铝板。
实施例2：
在本实施例中提供一种应用于门窗的自清洁涂层,包括如下质量百分比的成分：改性聚氨酯单体分散液60份、纳米二氧化钛25份、纳米氧化锌1.6份、偶联剂25份、流平剂0.1份、溶剂10份、成膜剂0.8份、助乳化剂1.2份、乳化剂9份、引发剂0.08份；且所述改性聚氨酯单体分散液由聚醚二元醇、含羧基半酯二元醇以及丙烯酸丁酯按照重量比7：2:1，添加至分散机中，以转速为1500r/min搅拌20-45min反应得到。
其中，所述纳米二氧化钛的粒径为35nm；所述的偶联剂选自硅烷偶联剂；所述的流平剂选自GLP-588流平剂；所述的溶剂为乙二醇；所述成膜剂为乙烯基乙二醇丁基醚；所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；所述助乳化剂为正戊醇或环己醇；所述引发剂为过硫酸铵。
另外，本发明还提供一种应用于门窗的自清洁涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将纳米氧化锌球磨至粒径为35nm后，与纳米二氧化钛充分混合，并添加至溶剂中，搅拌分散60min，得到混合物A；
S2、将上述制备的改性聚氨酯单体分散液添加至反应釜中，预热至45℃后，在搅拌的条件下，依次加入偶联剂、流平剂、成膜剂、助乳化剂、乳化剂以及引发剂，在搅拌速度为1400r/min，温度为45-95℃的条件下，高速搅拌15-20min，得到混合物B；
S3、将混合物A缓慢添加至所述反应釜中，并在1000r/min的搅拌速度下，与所述混合B充分混合均匀，静置冷却后得到应用于门窗的自清洁涂层。
并将上述制备的应用于门窗的自清洁涂层应用于自清洁门窗铝板的制备工艺中，且所述自清洁门窗铝板制备工艺为：将上述的应用于门窗的自清洁涂层以3m/s的速度喷涂在清洁干净并干燥的铝板表面，在温度为85℃的热风条件下烘干，在铝板表面形成涂层，得到自清洁门窗铝板。
实施例3：
在本实施例中提供一种应用于门窗的自清洁涂层,包括如下质量百分比的成分：改性聚氨酯单体分散液50份、纳米二氧化钛20份、纳米氧化锌0.08份、偶联剂18份、流平剂0.4份、溶剂12份、成膜剂0.7份、助乳化剂0.5份、乳化剂5份、引发剂0.04份；且所述改性聚氨酯单体分散液由聚醚二元醇、含羧基半酯二元醇以及丙烯酸丁酯按照重量比6：1:1，添加至分散机中，以转速为1200r/min搅拌30min反应得到。
其中，所述纳米二氧化钛的粒径为20nm；所述的偶联剂选自硅烷偶联剂；所述的流平剂选自丁基纤维素与羟甲基纤维素的混合；所述的溶剂为乙二醇与异丁醇按照4:1的体积比混合；所述成膜剂为乙二醇醚；所述乳化剂为油酸钠、十二烷基硫酸钠以及十二烷基苯磺酸钠的混合；所述助乳化剂为环己醇；所述引发剂为过硫酸铵。
另外，本发明还提供一种应用于门窗的自清洁涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将纳米氧化锌球磨至粒径为20nm后，与纳米二氧化钛充分混合，并添加至溶剂中，搅拌分散50min，得到混合物A；
S2、将上述制备的改性聚氨酯单体分散液添加至反应釜中，预热至40℃后，在搅拌的条件下，依次加入偶联剂、流平剂、成膜剂、助乳化剂、乳化剂以及引发剂，在搅拌速度为1300r/min，温度为55℃的条件下，高速搅拌20min，得到混合物B；
S3、将混合物A缓慢添加至所述反应釜中，并在1500r/min的搅拌速度下，与所述混合B充分混合均匀，静置冷却后得到应用于门窗的自清洁涂层。
并将上述制备的应用于门窗的自清洁涂层应用于自清洁门窗铝板的制备工艺中，且所述自清洁门窗铝板制备工艺为：将上述的应用于门窗的自清洁涂层以2m/s的速度喷涂在清洁干净并干燥的铝板表面，在温度为55℃的热风条件下烘干，在铝板表面形成涂层，得到自清洁门窗铝板。
对比例1：
与实施例3的区别仅在于未添加纳米二氧化钛，其余均不变。
对比例2：
与实施例3的区别仅在于未采用改性聚氨酯单体分散液，而是直接采用聚氨酯添加至反应体系中。
对比例3：
与实施例3的区别仅在于未添加纳米二氧化锌，其余均不变。
性能测试：将一定量实施例1-3制备的应用于门窗的自清洁涂层喷涂在除水除油过的铝板上，并做性能测试：所得数据见表1。
表1
Figure BDA0002513707910000081
Figure BDA0002513707910000091
由表1中的数据分析以及图1-2可知，对比例中铝板表面SEM图，接触角只有30°，而本发明的铝板表面SEM图，接触角只有145°，由此可得其接触角有了很大的提升，显著增加了涂层的疏水性能。而本发明的一种应用于门窗的自清洁涂层应用在铝板中形成涂层不容易发生色变、脱落，导致物体表面生锈腐蚀等问题，且利用改性聚氨酯单体分散液能与纳米二氧化钛以及纳米二氧化锌形成分散均匀的体系，并与成膜剂协同作用，增加在铝板上的附着力，总体上达到显著的清洁效果。
综合上，本发明的一种应用于门窗的自清洁涂层能应用在自清洁门窗铝板中，并能获得优异自清洁效果的铝板，且铝板长期使用，涂层不容易发生色变、脱落，降低铝板生锈的概率。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于门窗的自清洁涂层,其特征在于：包括如下质量百分比的成分：改性聚氨酯单体分散液40-60份、纳米二氧化钛5-25份、纳米氧化锌0.01-1.6份、偶联剂10-25份、流平剂0.1-0.5份、溶剂10-15份、成膜剂0.1-0.8份、助乳化剂0.1-1.2份、乳化剂2-9份、引发剂0.01-0.08份；且所述改性聚氨酯单体分散液由聚醚二元醇、含羧基半酯二元醇以及丙烯酸丁酯按照重量比5-7：1-2:1，添加至分散机中，以转速为1000-1500r/min搅拌20-45min反应得到。
2.根据权利要求1所述应用于门窗的自清洁涂层，其特征在于：所述纳米二氧化钛的粒径为10-35nm。
3.根据权利要求1所述应用于门窗的自清洁涂层，其特征在于：所述偶联剂选自硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述应用于门窗的自清洁涂层，其特征在于：所述流平剂选自丁基纤维素、羟甲基纤维素、GLP-588流平剂、BD-3376流平剂、BD-3310流平剂、有机硅流平剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述应用于门窗的自清洁涂层，其特征在于：所述溶剂为无水乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、丁醇、丁酮、丁二醇、丙二醇、乙二醇、异丁醇、乙二醇甲醚、乙二醇***、乙二醇丁醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述应用于门窗的自清洁涂层，其特征在于：所述成膜剂为乙二醇醚或乙烯基乙二醇丁基醚。
7.根据权利要求1所述应用于门窗的自清洁涂层，其特征在于：所述乳化剂为油酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温80、吐温20、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯中的一种或多种。
8.一种制备如权利要求1-7任一项所述应用于门窗的自清洁涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将纳米氧化锌球磨至粒径为10-35nm后，与纳米二氧化钛充分混合，并添加至溶剂中，搅拌分散40-60min，得到混合物A；
S2、将上述制备的改性聚氨酯单体分散液添加至反应釜中，预热至30-45℃后，在搅拌的条件下，依次加入偶联剂、流平剂、成膜剂、助乳化剂、乳化剂以及引发剂，在搅拌速度为1200-1400r/min，温度为45-95℃的条件下，高速搅拌15-20min，得到混合物B；
S3、将混合物A缓慢添加至所述反应釜中，并在1000-1800r/min的搅拌速度下，与所述混合B充分混合均匀，静置冷却后得到应用于门窗的自清洁涂层。
9.一种如权利要求1-7任一项所述应用于门窗的自清洁涂层的应用，其特征在于：所述的应用为应用于门窗的自清洁涂层应用于自清洁门窗铝板的制备工艺中。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述自清洁门窗铝板制备工艺为：将上述的应用于门窗的自清洁涂层以1-3m/s的速度喷涂在清洁干净并干燥的铝板表面，在温度为45-85℃的热风条件下烘干，在铝板表面形成涂层，得到自清洁门窗铝板。
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